4 أنواع من 50G SFP56 مقدمة

تتمتع شبكة Fronthaul بتأثير هام على أداء الإرسال وجودة الجيل التالي من شبكات 5G وحتى شبكات 6G وهي واحدة من النقاط الساخنة في البحث عن الشبكات الجديدة وتقنيات الحامل للاتصالات المتنقلة. في ظل النشر الهائل لوضع الشبكات C-RAN العالمي ، تم استخدام الوحدات الضوئية 25G DWDM على نطاق واسع في شبكة إعادة التوجيه 5G الحالية. بالنسبة لمحطات قاعدة MIMO الضخمة ذات القناة الأعلى في المستقبل ، والمحطات القاعدية لنطاق U6G ، والمحطات القاعدية للموجات المليمترية ، وسيناريوهات التطبيقات الأخرى ، سيزداد طلب النطاق الترددي لشبكة إعادة التوجيه بشكل أكبر. على فرضية الاحتفاظ بالعدد الحالي من المنافذ وتوفير موارد الألياف ، بدأت FiberMall بحثًا عن الجيل التالي من تكنولوجيا الوحدات الضوئية لإعادة توجيه 5G بسرعة 50 جيجابت / ثانية وأعلى. 50G SFP56

تتضمن وحدة الإرسال والاستقبال البصري 50G SFP56 وحدة 50G SFP56 ثنائية الألياف ثنائية الاتجاه ووحدة الألياف أحادية الاتجاه ثنائية الاتجاه 50G SFP56 (BiDi).

50G SFP56 الألياف المزدوجة ثنائي الاتجاه أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية

يظهر الرسم التخطيطي للكتلة الوظيفية ووضع التنفيذ للوحدة البصرية ثنائية الاتجاه 50G SFP56 ثنائية الألياف ثنائية الاتجاه في الشكل 1.

الرقم 1. مخطط الكتلة الوظيفي ووضع التنفيذ لـ 50G SFP56 ثنائي الألياف ثنائي الاتجاه الوحدة الضوئية

سلسلة صناعة 50G SFP56 تم تشكيل الوحدات الضوئية ثنائية الاتجاه ثنائية الألياف. فيما يتعلق بالرقائق الضوئية ، فإن متطلبات عرض النطاق الترددي لشريحة الليزر DFB للوحدة الضوئية 25 جيجابت / ثانية بنوع رمز NRZ تبلغ حوالي 17 جيجاهرتز. وحدة بصرية 50 جيجابت / ثانية بنوع كود PAM4 ، تم تحسين التأثير غير الخطي لليزر بشكل واضح ، ومن الضروري زيادة عرض النطاق الترددي (حوالي 19 جيجاهرتز) وتحسين تموج الطيف الداخلي لتقليل التأثير غير الخطي.

هناك العديد من الشركات المصنعة للرقائق المتاحة لتزويد الحجم ، بما في ذلك الموردين الأجانب مثل Lumentum و Sumitomo و Macom و Mitsubishi وما إلى ذلك بالنسبة للرقائق الكهربائية ، هناك نوعان من حلول التنفيذ: DSP و CDR. من بين البائعين ذوي الصلة لحلول DSP ، Marvell و Credo و Sitrus Technology ، والتي أصدرت جميعها شرائح DSP لتطبيقات 5G الأمامية وتطبيقات السائق المدمجة ، ومن بين البائعين ذوي الصلة لحلول CDR Semtech و Macom. من بينها ، أصدرت Semtech بالفعل شرائح CDR لـ 5G Fronthaul وبرامج تشغيل متكاملة ، ومنتجات CDR من Macom مع برامج تشغيل متكاملة في مرحلة التطوير.

لا تزال الوحدات الضوئية ثنائية الاتجاه 50G SFP56 ثنائية الألياف تواجه المزيد من المشاكل والتحديات من حيث الأداء واستهلاك الطاقة والتكلفة. أولاً ، في اختيار حل الشريحة الكهربائية الأساسية ، يمكن لحل DSP تحسين المشكلة غير الخطية في نقل الإشارات الضوئية بواسطة خوارزمية داخلية. لديها قوة معالجة أقوى ، ومعدل BER أفضل ، وأداء حساسية استقبال ، ولكن على حساب زمن انتقال إشارة كبير ، واستهلاك أعلى للطاقة ، وتكلفة ، يحتاج أيضًا إلى موازنة تأثير استهلاك الطاقة على درجة حرارة الوحدة الضوئية ، والحفاظ على يعد استقرار درجة حرارة الوحدة الضوئية مطلبًا مهمًا لضمان استقرار وموثوقية رابط النقل الأمامي.

وحدة SFP56-50G-SR

يتميز حل CDR بمزايا النطاق الترددي العالي وأداء الإرسال الممتاز وانخفاض زمن انتقال الإشارة. استهلاك الطاقة والتكلفة أقل ، لكن قدرة معالجة الإشارة أضعف من حل DSP ، ولم يتم التحقق بعد من الاستجابة لـ MPI وتحسين ميزانية الارتباط. إذا تواجدت حلول DSP و CDR في التطبيق ، فإن التوصيل البيني وقابلية التشغيل البيني هما من القضايا التقنية الرئيسية التي يجب معالجتها. ثانيًا ، لا تزال الشريحة الضوئية في وظيفة التحكم في درجة الحرارة لاستخدام الصناعة مقسمة. يمكن لوظيفة التحكم في درجة الحرارة أن تجعل الليزر في نطاق درجة حرارة تشغيل الوحدة بأكملها في حالة عمل أكثر مثالية. يمكنها التحكم بشكل فعال في الطول الموجي لليزر وتجنب تدهور عرض نطاق الليزر عند درجة الحرارة القصوى ، ولكنها ستؤدي إلى زيادة التكلفة واستهلاك الطاقة. بدون وظيفة التحكم في درجة الحرارة ، تكون تكلفة واستهلاك الطاقة للوحدة منخفضة نسبيًا وتكون العملية أبسط ، ولكن يتم زيادة متطلبات أداء التردد العالي للرقاقة الضوئية ، ويحتاج تأثير التطبيق إلى مزيد من التحقق. أخيرًا ، ستضع بيئة النشر المعقدة لشبكة الواجهة الأمامية والشكوك التقنية والهندسية لوصلة الألياف الأمامية متطلبات أعلى على المعلمات الإلكترونية الضوئية للوحدة الضوئية 50G SFP56.

وحدة SFP56-50G-LRI

لم يتم بعد إصدار المعيار الدولي للوحدة البصرية ثنائية الاتجاه ثنائية الاتجاه 50G SFP56 للإرسال الأمامي ، والشركات المصنعة للوحدات الضوئية في مرحلة التطوير أو مرحلة العينة. الحزمة هي أساسًا SFP56 و DDM ومرجع تعريف الواجهة SFF-8472 و SFF-8431 ؛ الأحكام ذات الصلة بأداء مرجع الواجهة الكهربائية OIF-CEI-4.0 ؛ أداء الواجهة الضوئية بالإشارة إلى IEEE802.3cd. على أساس 50GBASE-LR ، يجب تعديل نطاق الطول الموجي وقوة جهاز الإرسال والاستقبال والحساسية والمؤشرات الأخرى وفقًا لسيناريو التطبيق. أنشأت اللجنة الدولية للضوئيات والإلكترونيات (IPEC) مشروع معيار MFH50 من الجيل التالي لإعادة توجيه الأجهزة المحمولة ، مع التركيز على متطلبات الشبكة الأمامية ذات السرعة العالية 50 جيجابت / ثانية وحلول الشبكات ، والواجهات البصرية ، وواجهات الإدارة ، وطرق التغليف والاختبار ، إلخ. تجري حاليًا المناقشات الفنية حول مواصفات مسافة الألياف المزدوجة بسرعة 50 جيجابت / ثانية و 10 كم.

الجدول 1. 50G SFP56 ثنائي الألياف ثنائي الاتجاه مؤشر المعلمات الرئيسية للوحدة الضوئية

بحلول نهاية عام 2022 ، يمكن لـ FiberMall تقديم عينات من وحدات بصرية ثنائية الاتجاه ثنائية الاتجاه 50G SFP56 (حلول CDR أو DSP) للواجهة الأمامية. أجرت نوكيا وبائعي معدات النظام الآخرين الاختبارات والتحقق من الصحة ، وتفي نتائج اختبار درجات الحرارة العالية والمنخفضة بشكل أساسي بمتطلبات مسودة معايير IEEE 802.3cd و IPEC MFH50 ، وفي النصف الثاني من عام 2022 ، تعدد البائعين والحلول المتعددة اختبار الترابط والتحقق من صحته. من المتوقع أن تكون الوحدات الضوئية ثنائية الاتجاه ثنائية الألياف SFP50 من FiberMall 56G للواجهة الأمامية جاهزة للإنتاج بالجملة في النصف الأول من عام 2023.

50 جرام SFP56 ثنائية الاتجاه أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية

يظهر الرسم التخطيطي للكتلة الوظيفية وتنفيذ الوحدة البصرية 50G SFP56 BiDi في الشكل 2.

الشكل 2. 50G SFP56 BiDi البصرية رسم تخطيطي كتلة وظيفية وطريقة التنفيذ

لا تزال الوحدة البصرية 50G SFP56 BiDi تتبنى مخطط 1270nm / 1330nm WDM للوحدة البصرية BiDi 25 جيجابت / ثانية ، والتي تتميز بتوفير موارد الألياف وتماثل تأخير جيد مقارنة بالوحدة البصرية ثنائية الاتجاه ثنائية الألياف ويمكنها مشاركة 50G SFP56 سلسلة صناعة الوحدات البصرية ثنائية الاتجاه ثنائية الألياف.

في الوقت الحاضر ، تعتمد الشركات المصنعة للوحدة الضوئية الصناعية في تطوير منتج الوحدة الضوئية 50G SFP56 BiDi على حل وحدة بصرية مزدوجة الألياف 50 جيجابت / ثانية ، وتقدم التطوير متأخرًا قليلاً عن الوحدة البصرية 50G SFP56 ثنائية الألياف ، الحالية بشكل عام في ما قبل - مرحلة البحث أو التطوير. لم يتم بعد إصدار المعايير المحلية والدولية للوحدات البصرية 50G SFP56 BiDi للواجهة الأمامية ، وتظهر حالة البحث عن المعلمات الرئيسية في تصميم بعض الوحدات في الجدول 2.

الجدول 2. حالة البحث عن المعلمات الرئيسية لوحدة الإرسال والاستقبال البصري 50G SFP56 BiDi

الجدول 3. 50Gb / s طول الموجة ذاتية الضبط BiDi سلسلة صناعة جهاز رقاقة وحدة

يمكن للوحدة البصرية 50G SFP56 BiDi لـ 5G fronthaul أن تضاعف مخطط BOSA للوحدة الضوئية BiDi بسعة 25 جيجابت / ثانية وسلسلة صناعة الوحدات البصرية ثنائية الاتجاه ثنائية الألياف 50 جيجابت / ثانية ، ومن المتوقع أن تتمتع FiberMall بقدرة إنتاج ضخمة في النصف الأول من عام 2023.

50 جرام SFP56 CWDM أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية

استنادًا إلى البحث الذي أجري على الوحدة البصرية 25G CWDM SFP28 ، بدأت FiberMall في استكشاف الحلول التقنية لوحدة xWDM بسرعة أعلى ، ومن بينها البحث عن وحدة بصرية CWDM ذات 50 أطوال موجية بسرعة 6 جيجابت / ثانية تتقدم بشكل أسرع.

يحتوي 50G CWDM SFP56 على 6 أطوال موجية: 1271 نانومتر ، 1291 نانومتر ، 1311 نانومتر ، 1331 نانومتر ، 1351 نانومتر ، 1371 نانومتر ، وهو ما يتوافق مع الوحدة البصرية ذات 6 أطوال موجية 25G CWDM SFP28. فيما يتعلق بالرقاقة الضوئية ، يمكن مضاعفة الوحدة البصرية 50G SFP56 CWDM مع سلسلة ليزر 25GBaud CWDM ، ولكن مع الأخذ في الاعتبار إدخال نوع كود تعديل PAM4 ، يزداد الطلب على ميزانية الارتباط ويحتاج إلى متطلبات أعلى لطاقة خرج الليزر لزيادة تحسين الليزر كفاءة وعائد مضيئة.

فيما يتعلق بالرقائق الكهربائية ، فإن الوحدات البصرية 50G CWDM SFP56 تشبه الوحدات البصرية ثنائية الألياف 50G SFP56 ، وهناك حلان للتنفيذ ، CDR و DSP. تتميز الوحدات الضوئية CWDM بطول موجة واسع وتكاليف تشتت مختلفة لأطوال موجية مختلفة ، وتستكشف الصناعة إمكانية وجود حلين مشتركين لتحقيق أفضل أداء من حيث التكلفة. على سبيل المثال ، تم اعتماد حل CDR لطول موجة 1311 نانومتر مع تكلفة تشتت أقل ، وتم اعتماد حل DSP لطول موجة 1371 نانومتر مع تكلفة تشتت أعلى. في سلسلة الصناعة ، يمكن أن يؤدي استخدام نهج القناة الواحدة CDR أو DSP مع برنامج تشغيل متكامل إلى تبسيط تصميم الأجهزة وتقليل استهلاك الطاقة. صانع الرقائق الكهربائية ، Semtech لديها محرك مدمج CDR للإنتاج الضخم ، بالإضافة إلى مجموعة حلول الرقائق من TIA.

طاولات ومكاتب  4. xwdm وحدة بصرية تطور رقاقة الإلكترونية الضوئية التخطيطي

في الوقت الحاضر ، لا تزال الوحدات البصرية 50G CWDM SFP56 بها عقوبة التشتت ، و MPI ، واستهلاك الطاقة وتبديد الحرارة ، وقابلية التشغيل البيني CDR و DSP وغيرها من المشكلات الفنية التي يتعين حلها.

• عقوبة التشتت: مصدر التشتت في رابط 5G الأمامي هو بشكل أساسي تشتت المواد وتشتت الدليل الموجي ، ويهيمن عليه تشتت المواد. تقترب نقطة التشتت الصفرية للألياف G.652 من الطول الموجي 1310 نانومتر ، ويوضح الجدول 10 مقدار التشتت في سيناريو التطبيق النموذجي (5 كم) من الجبهة الأمامية. مقدار 6 كم هو 1371 ~ 10ps / نانومتر.

طاولات ومكاتب 5. تشتت نموذجي 5G fronthaul سيناريوهات (10 كم)

يتم عرض حلول عقوبة التشتت السائدة في الصناعة في الجدول 6. من بينها ، يتطلب مخطط ألياف / مقضب التشتت قياس التشتت لوصلة النقل الأمامية مقدمًا ، ويتم تخصيص الطول والمعلمات الأخرى لألياف التشتت / الشبكة وفقًا لـ الموقع ووضعه خارجيًا في الوحدة البصرية ، وهو أكثر صعوبة في التنفيذ ؛ يمكن لخطة تعويض DSP أن تعوض التشتت في المجال الكهربائي ، لكن قدرة التعويض لكل مصنع غير متسقة ، ويجب الحصول على قدرة التعويض المحددة من خلال القياس الفعلي ؛ تعتمد الوحدة البصرية CWDM بسرعة 50 جيجابت / ثانية بشكل عام DML إذا تم اعتماد مخطط التعديل الخارجي (EML / MZM) ، يمكن تقليل تأثير غرد الليزر ، وبالتالي تقليل تكلفة التشتت ؛ يمكن لنظام تعويض تشتت الحلقة الصغيرة أن يعوض ما يصل إلى 720ps / nm وهو حاليًا في مرحلة البحث.

طاولات ومكاتب 6. التشتت السائد ركلة جزاء solutions

من خلال الاختبار الفعلي ، تبلغ تكلفة التشتت بدرجة الحرارة العالية للوحدة البصرية 50G CWDM SFP56 بطول موجة 1371 نانومتر حوالي 3dB ، وهو مقيد بقيود ميزانية رابط الوحدة البصرية 50G CWDM SFP56 ، الهامش غير كافٍ ، قد يكون مخطط تعويض DSP أكثر فائدة.

تحدي MPI: في روابط الألياف الضوئية ، سيتم إنشاء إشارات التداخل المنعكسة غير المرتبطة بالإشارة الأصلية بسبب تغيرات معامل الانكسار الصغيرة لنظام الألياف الضوئية ، والانعكاس المنفصل الناجم عن التلامس المتسخ أو الضعيف للوجه النهائي للموصل ، وتشتت رايلي الخلفي . سيؤدي خلط إشارات التداخل مع الإشارة الأصلية إلى حدوث ضوضاء ، مما يؤدي إلى تدهور نسبة الإشارة إلى الضوضاء وتقليل أداء الإرسال للنظام. تم تعريف نسبة مجموع كل قوة الإشارة المنعكسة إلى قدرة الإشارة الأصلية على أنها تداخل متعدد المسارات (MPI). تعتمد شدة MPI بشكل أساسي على انعكاس الموصل وعدد النقاط المنعكسة. كلما زاد الانعكاس ، زادت النقاط المنعكسة ، وكان مؤشر MPI أسوأ. وفقًا لمعيار IEEE802.3 Ethernet ، يوصى بتحويل تكلفة MPI إلى Link Loss بناءً على محاكاة نموذج الارتباط العالمي ، وتحسين التفاوت من خلال FEC.

في باقة 5G fronthaul الشبكة ، بأخذ سيناريو C-RAN النموذجي كمثال ، يوجد بشكل عام 6 موصلات (رف ODF على كلا الجانبين ومقسم مشترك على كلا الجانبين). إذا أشرنا إلى معيار Ethernet ، فنحن بحاجة إلى تقييد خسارة العودة لكل موصل <-35 ديسيبل ، لكن بعض الروابط الأمامية بها خسارة إرجاع موصل متدنية تبلغ حوالي -26 ديسيبل ، وهناك خطر معين من MPI في روابط الواجهة الأمامية . قام بائع معدات النظام HW وجامعة Shanghai Jiaotong ببناء نموذج محاكاة أمامي ، وتظهر نتائج محاكاة تكلفة MPI في الجدول 7. نموذج المحاكاة (عدد الموصلات ، والقيم النموذجية لانعكاسية الموصل ، وموقع الموصل ، وما إلى ذلك) سيكون مزيد من التصحيح وفقًا لبحث السيناريوهات النموذجية في الشبكة الحالية لاحقًا.

الجدول 7. نتائج محاكاة MPI

استهلاك الطاقة: تحتاج سيناريوهات 5G الأمامية إلى مراعاة درجة حرارة الدرجة الصناعية (-40 درجة مئوية ~ + 85 درجة مئوية) أو درجة حرارة تجارية ممتدة (-20 درجة مئوية ~ + 85 درجة مئوية) متطلبات التطبيق. في ظل قيود درجة الحرارة المحيطة ، من المتوقع ألا يزيد استهلاك الطاقة للوحدة البصرية 50G SFP56 ووحدة 50G SFP56 CWDM عن 2 وات. اختبرت الصناعة استهلاك الطاقة لوحدة بصرية رمادية بسرعة 50 جيجابت / ثانية على أساس حل CDR و DSP ، ووحدة ضوئية ملونة CWDM بسرعة 50 جيجابت / ثانية على أساس حل DSP. يبلغ استهلاك الطاقة للوحدة الضوئية 1371 نانومتر أكثر من 2 وات ، وتحتاج شريحة DSP إلى مزيد من التحسين لتقليل استهلاك الطاقة.

الجدول 8. استهلاك الطاقة للوحدة البصرية 50G

باختصار ، يجب مراعاة أجهزة الإرسال والاستقبال 50G CWDM SFP56 بشكل كامل لتخصيص ميزانية الطاقة في سيناريوهات التطبيق مع مسافات نقل تبلغ 10 كيلومترات وما فوق. تتطلب إشارات PAM50 بسرعة 4 جيجابت / ثانية حساسية استقبال متزايدة مقارنة بإشارات NRZ بسرعة 25 جيجابت / ثانية ، مما يتطلب وزنًا بين القدرة البصرية للإرسال وحساسية الاستقبال وعقوبة التشتت.

الشكل 2. ميزانية وصلة الوحدة البصرية 50G CWDM SFP56

بحلول نهاية عام 2022 ، قدمت FiberMall عينات من الوحدات البصرية 50G CWDM في سيناريوهات متعددة. بناءً على ذلك ، أجرى بائع معدات النظام الوظائف الأساسية ، وأداء جهاز الإرسال والاستقبال ، واختبارات تكلفة التشتت في نطاق درجة الحرارة الكامل ، بالإضافة إلى اختبارات الربط البيني متعدد البائعين ومتعدد البرامج ، مع نتائج تحقق جيدة نسبيًا.

تم التخطيط لمزيد من الاختبارات للمنتجات المحسنة في عام 2023 ، وسيتم استخدام نتائج الاختبار كمرجع لتطوير معيار IPEC MFH. من المتوقع أن تنضج الوحدة البصرية 50G CWDM SFP56 في النصف الثاني من عام 2023.

البحث في واجهة إدارة 50G SFP56 جهاز الإرسال والاستقبال

مع إدخال معدلات جديدة ، يجب أن يعتمد اختيار وتعريف واجهات الإدارة للجيل التالي من الوحدات البصرية 5G Fronthaul على المشكلات الجديدة المحتملة والمتطلبات الجديدة التي يجب دعمها بواسطة الوحدات البصرية ، مع الأخذ في الاعتبار الوحدات البصرية 50G SFP56 كمثال ، تتم مناقشة القضايا والمتطلبات التالية في الصناعة.

دعم وظيفة الإبلاغ عن معدل المجموعة

تحتاج الوحدة الضوئية العادية إلى دعم معدلات مختلفة. على سبيل المثال، وحدات بصرية 25G SFP28 تحتاج إلى دعم 25.7 جيجابت / ثانية و 10.3 جيجابت / ثانية لبروتوكول eCPRI و 24.3 جيجابت / ثانية و 10.1 جيجابت / ثانية و 9.8 جيجابت / ثانية لبروتوكول CPRI ، لذلك تتطلب المعدات الرئيسية وحدات بصرية لها وظيفة معدل الإبلاغ بحيث يمكن تكوين الوحدات الضوئية بشكل معقول وفقًا لمجموعة المعدل المبلغ عنها.

توفر حزمة بروتوكول SFF-8472 وظيفة جدول تحديد التطبيق ، حيث يمكن تعيين "رمز تطبيق" فريد لكل تطبيق يحتوي على معلومات مثل اسم البروتوكول ، ومعدل التشغيل ، ونوع رمز التعديل (NRZ أو PAM4) ، إلخ. يمكن لوحدة 50G SFP56 دمج وظيفة جدول تحديد التطبيق هذه والإبلاغ عن مجموعة المعدلات المدعومة كما هو موضح في الجدول 50.

الجدول 9. رموز التطبيق التي تدعمها الوحدة البصرية 50G SFP56

معدل التسليم الدقيق أثناء التبديل

تعتمد كل من الوحدات البصرية 25G SFP28 و 10G SFP + رموز تعديل NRZ. عند تبديل المعدلات ، وتحتاج فقط إلى تبديل معدل SerDes للواجهة الكهربائية أو معدل تشغيل الواجهة الضوئية. يمكن قفل الوحدة الضوئية في وقت قصير والعمل بالسعر الجديد. يقدم جهاز الإرسال والاستقبال 50G SFP56 أكواد PAM4 المعدلة وتقنية CDR أو DSP الجديدة. تحتوي كل من الإشارات الكهربائية والبصرية على ثلاثة مستويات للقرار ، والتي يتم الحصول عليها من خلال "التدريب والتعلم". تحتاج شريحة CDR أو DSP إلى الحصول على معدل التشغيل الدقيق ونوع الكود عند تبديل الأسعار من أجل تحقيق "التدريب والتعلم" بسرعة أكبر. بالاقتران مع وظيفة الإبلاغ عن مجموعة المعدل للوحدة الضوئية المذكورة سابقًا ، يوفر الجهاز الرئيسي معدل العمل الدقيق ونوع الكود من خلال تسليم رمز التطبيق إلى الوحدة الضوئية عند تبديل المعدلات.

الإبلاغ عن التحول الإعداد الوقت

عند تبديل المعدل ، بعد أن يرسل الجهاز الرئيسي أمر تبديل المعدل إلى الوحدة الضوئية. من أجل "إشارة إدخال الوحدة الضوئية للوفاء بمتطلبات بروتوكول جودة الإشارة" للبداية ، إلى "قفل قناة الوحدة البصرية وإخراج الإشارة المقابلة" للنهاية ، يُطلق على هذه المرة وقت إعداد المفتاح. وهي مقسمة أيضًا إلى وقت إعداد قناة التحويل الكهربية الضوئية (الخروج) ووقت إعداد قناة التحويل الكهربية الضوئية (الدخول).

10G SFP + و 25G SFP28 تعتمد الوحدات الضوئية على نوع رمز NRZ ، وتحتاج فقط إلى "تدريب أو تعلم" قيمة عتبة ، ووقت إعداد مفتاح المعدل قصير (بشكل عام في حدود 1 مللي ثانية من حيث الحجم) ، وموثوقية التحويل عالية ، والجهاز الرئيسي يتجاهل الوقت بشكل عام. عندما يكون معدل الهدف ونوع الرمز هو 50 جيجابت / ثانية ، يحتاج PAM4 أو CDR أو DSP إلى "تدريب أو تعلم" قيم 3 عتبة ، يمكن أن يكون وقت إعداد التبديل ثوانٍ أو حتى أكثر من 10 ثوانٍ ، وهناك احتمال للتبديل غير الناجح ، لذلك يجب أن تأخذ الوحدة الضوئية زمام المبادرة للإبلاغ عن ذلك ، يجب أن تقوم الوحدة الضوئية بالإبلاغ بشكل فعال عن "الحد الأقصى لوقت إعداد التبديل" و "علامة نجاح التبديل".

الجدول 10. إعداد قالب تسجيل الوقت

يمكن أن تساعد "علامة نجاح التبديل" الجهاز الرئيسي في الحصول على حالة تبديل الوحدة الضوئية. من الضروري التمييز بين إشارات "قناة الخروج" و "قناة الدخول". عندما يستعلم الجهاز الرئيسي عن تبديل الوحدة الضوئية بنجاح ، يمكنه التفاوض على طبقة البروتوكول مثل CPRI أو eCPRI.

تم الإبلاغ عن زمن انتقال الإرسال

يرتبط زمن انتقال الإرسال الذي قدمته الوحدة الضوئية في التحويل الكهروضوئي بمحلول الرقاقة الكهربائية ونوع كود التعديل ومحاذاة PCB للوحدة الضوئية. عادةً ما يكون للوحدات البصرية 10G SFP + و 25 G SFP28 زمن انتقال انتقال في حدود مئات ps ، وهو ما يكون له تأثير ضئيل على الوصلة الأمامية ؛ ومع ذلك ، فإن زمن انتقال الإرسال الذي يقدمه جهاز الإرسال والاستقبال البصري 50G SFP56 استنادًا إلى حل DSP يصل إلى عشرات ns ، مما يؤثر على نظام الإرسال المتزامن الأمامي. هناك إمكانية للتأثير على نظام الإرسال المتزامن الأمامي ، لذلك يجب أن تحدد الوحدة الضوئية السجل في واجهة الإدارة للإعلان عن تأخير الإرسال الذي أدخلته الوحدة البصرية لتسهيل التحليل والحكم على المعدات الرئيسية.

الإبلاغ عن دعم الميزات الجديدة

بالمقارنة مع حل CDR ، يمكن للوحدة البصرية 50G SFP56 القائمة على حل DSP أن توفر وظائف جديدة مثل الاسترجاع ، واكتشاف نسبة الإشارة إلى الضوضاء ، واكتشاف BER ، وما إلى ذلك. والوظائف التي تدعمها ، بينما يمكن لواجهة الإدارة توفير سجلات للحصول على نتائج الكشف.

باختصار ، من أجل حل وتلبية المشكلات والمتطلبات المذكورة أعلاه ، هناك حاجة إلى واجهات إدارة جديدة للجيل التالي من الوحدات البصرية 5G fronthaul. حاليًا ، تشمل بروتوكولات واجهة الإدارة السائدة في الصناعة SFF-8472 و OIF CMIS ، إلخ.

يوضح الجدول 11 مقارنة جزئية لبروتوكولات SFF-8472 و CMIS. بروتوكول CMIS هو البروتوكول القياسي للوحدات البصرية QSFP-DD ، والذي ينطبق على القنوات المتعددة ويمكن استخدامه للوحدات البصرية أحادية القناة بعد التكييف. نظرًا لأن مكدس بروتوكول CMIS جديد ، يتم تحديد الميزات الجديدة المذكورة أعلاه في مكدس البروتوكول ، وهو أكثر شمولاً من حيث الانهيار الوظيفي. يستخدم بروتوكول SFF-8472 على نطاق واسع في الوحدات الضوئية بسرعة 10 جيجابت / ثانية و 25 جيجابت / ثانية ، مع ميزة أن قدرًا كبيرًا من التعليمات البرمجية من الجهاز الرئيسي يمكن أن يكون بروتوكول SFF-8472 يستخدم على نطاق واسع في 10 جيجابت / ثانية و 25 جيجابت / ثانية الوحدات البصرية. يستخدم بروتوكول SFF-8472 على نطاق واسع في الوحدات البصرية بسرعة 10 جيجابت / ثانية و 25 جيجابت / ثانية.

الجدول 11. مقارنة SFF-8472 و CMIS

50G الطول الموجي قابل للضبط BiDi SFP56 جهاز الإرسال والاستقبال

أصدرت IEEE802.3cp و CCSA المعايير الدولية والصناعية على التوالي ، والأطوال الموجية الموصى بها للمنبع والمصب موضحة في الجدول 12. يجب إقران الوحدة البصرية التقليدية 50G BiDi SFP56 بسبب الأطوال الموجية غير المتسقة في كلا الطرفين ، مما يجعلها أكثر تحديًا للموارد المادية وإدارة الصيانة نظرًا لاحتمال حدوث خطأ في إدخال طرف AB وتشوهات الاقتران في الاستخدام الفعلي.

الجدول 12. توصيات الطول الموجي للوحدة الضوئية BiDi 50G

تقترح FiberMall حلاً جديدًا للوحدات البصرية BiDi SFP50 ذات الطول الموجي القابل للضبط 56 جيجا ، والتي يمكنها كسر قيود الطول الموجي "المنبع والمصب" للوحدات البصرية التقليدية ثنائية الاتجاه. يظهر الرسم التخطيطي في الشكل 3.

حل الواجهة الكهربائية هو نفسه وحدة بصرية BiDi 50 جيجابت / ثانية التقليدية ، وتدعم أنواع 2x25Gb / s NRZ و 1x50Gb / s PAM4. الرقائق الكهربائية الأساسية مثل DSP و Driver و TIA هي أيضًا نفس الوحدة البصرية التقليدية ثنائية الاتجاه بسرعة 50 جيجابت / ثانية. يحتوي المسار البصري للوحدة على ليزر ومرشح ضوئي. يجب أن يتطابق الطول الموجي الناتج من الليزر مع الطول الموجي لنطاق المرور / نطاق التوقف الخاص بالفلتر ، لذلك يحتاج الليزر إلى استخدام ليزر قابل لضبط الطول الموجي أو تحقيق تعديل تغيير الطول الموجي بالليزر من خلال التحكم في درجة حرارة TEC. في الوقت نفسه ، يمكن إجراء مراقبة الطول الموجي بواسطة مرشح بصري قابل للضبط وحلقة مراقبة ، ويتم مطابقة النظام بأكمله بشكل تكيفي عن طريق مصافحة البرنامج لتحقيق نقل إشارة البيانات في طرفي الوحدة الضوئية.

الشكل 3. رسم تخطيطي للوحدة البصرية ثنائية الاتجاه ذاتي الضبط الذاتي لطول الموجة

تعد تقنية ضبط الطول الموجي لأشعة الليزر والمرشحات الضوئية هي الصعوبة والتحدي الرئيسي لهذا الحل. فيما يتعلق بالليزر ، فإن حل التكلفة الأمثل هو تحقيق ضبط الطول الموجي بالليزر من خلال التحكم في درجة حرارة TEC ، ولكن العيب هو نطاق ضبط الطول الموجي المحدود.

يكون التحكم في درجة حرارة TEC عمومًا في نطاق 10 ~ 20 ℃ ، ويقتصر نطاق ضبط الطول الموجي بالليزر على ± 1 نانومتر ، ويجب ضبط فاصل قناة الطول الموجي للانبعاث للوحدة الضوئية على حوالي 1 نانومتر.

لا يمكن أن تفي ليزرات DFB أو FP بالمتطلبات بسبب العرض الطيفي الكبير ، لذلك يلزم وجود ليزرات EML بعرض طيفي نموذجي أقل من 0.2 نانومتر.

بالإضافة إلى ذلك ، من منظور تحمل التشتت ، تتميز الوحدة الضوئية أحادية الاتجاه أحادية الألياف بنطاق طول موجي أضيق ، مما يؤدي إلى النقل لمسافات أطول وتوسيع WDM. فيما يتعلق بالمرشحات الضوئية ، يُفضل أيضًا الضبط الحراري لتحقيق ضبط الطول الموجي ، ولكن يجب إيلاء اهتمام خاص للتداخل الحراري ومشكلات أخرى في التصميم.

من حيث المواصفات الفنية ، يمكن أن تكون ميزانية الارتباط لجهاز الإرسال والاستقبال 50G Tunable BiDi SFP56 متناسقة مع الوحدة البصرية التقليدية بسرعة 50 جيجابت / ثانية. استهلاك الطاقة أقل من 3.5 واط تحت ظروف درجة حرارة كاملة من 0 إلى 70 درجة مئوية ، وطول الموجة قابل للتبديل بحرية بين 1308 نانومتر / 1309 نانومتر ، والوقت النموذجي لاستقرار تحويل الطول الموجي وإنشاء الخدمة عند كلا الطرفين أقل من 10 ثوانٍ. في نهاية عام 2021 ، ناقشت CCSA خطة المشروع القياسية لهذا الحل التكنولوجي ، والتقدير الأولي هو أنه سيتم إصدار معيار الصناعة في النصف الثاني من عام 2023.

فيما يتعلق بسلسلة الصناعة ، تحتوي الوحدة البصرية 50G Tunable BiDi SFP56 على ليزر جديد قابل للضبط بطول الموجة ، ومرشح بصري قابل لضبط الطول الموجي ، ومطابقة تكيفية للبرامج مقارنة بالوحدة البصرية BiDi التقليدية 50 جيجابت / ثانية. كما تم تحليله أعلاه ، يمكن تحقيق ضبط الطول الموجي بالليزر عن طريق التحكم في درجة حرارة TEC ، ويمكن تحقيق المطابقة التكيفية للبرامج من خلال مجموعة من وظائف مراقبة الطول الموجي الضوئية ووظائف البرامج المضمنة ، والمرشح البصري القابل لضبط الطول الموجي هو إضافة جديدة لسلسلة الصناعة.

حاليًا ، الحلول الصناعية لمرشحات ضبط الطول الموجي هي Etalon + التحكم في درجة الحرارة ، PLC القابل للتعديل ، إلخ. تشمل المعلمات التقنية الرئيسية FSR ، وعرض النطاق الترددي ، والعزل ، وما إلى ذلك. المؤشرات الرئيسية للجهاز في الوحدة البصرية (نطاق تعديل الطول الموجي ، الحساسية ، العزل ، وما إلى ذلك) إلى أسفل للحصول على مواصفات الجهاز والعملية لتحقيق التحليل الفني ، يحتاج نضج سلسلة الصناعة إلى مزيد من التعزيز.